一种光纤倏逝场照明器制造技术

本发明专利技术涉及一种光纤倏逝场照明器，光纤一端的一部分研磨成斜面，且斜面过光纤芯位置１－１０微米，当光从光纤芯入射，在斜面处被反射至光纤端面处，并在光纤端面发生全内反射。本发明专利技术结合光纤技术和内反射成像原理，在单根光纤上制作可以用于生物照明的倏逝场照明器。此设计与现有倏逝场照明器相比，具有结构简单、体积更小以及光路更加灵活、稳定等优点，能够实现对生物表面的多方面照明，在倏逝场照明器的性能方面有了很大突破。可以方便地结合显微镜技术构成新型的荧光显微成像系统同时也极易和其它成像技术、探测技术相结合，应用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于荧光显微成像
，特别涉及一种光纤倏逝场照明器。
技术介绍
生命科学中大量的事实表明细胞的动力学特征源于单个蛋白质分子的 聚合和相互作用，为了研究细胞动力学就需要发展超高分辨率的成像技术，从而能够在分子尺度上探测细胞生命活动的细节。在这种需求下，20世纪 30年代电子显微镜发展起来。它导致了细胞研究的革命，使得生物学家得 以从亚显微水平上认识细胞世界。进入80年代，非光学类扫描探针显微术特别是原子力显微镜的出现更是将成像的分辨率推进到纳米的精度。但是 这些显微术均在不同程度上存在系统结构复杂、成像检测环境要求苛刻等 困难，尤其是不能像光学显微术那样提供重要的光学信息(如偏振态、折射 率、光谱等)和进行无损伤性生物活体探测，这些均大大限制了它们在高分 辨率细胞成像中的应用。与此同时，新一代光学显微技术发展起来。它们 以其高的空间分辨率和时间分辨率、无损伤、以及对单分子活体探测的可 行性，再次成为生物学家、物理学家和成像学家们研究的热点。全内反射 焚光显微术是近年来新兴的一种光学成像技术，它利用全内反射产生的倏 逝场来照明样品，从而致使在厚度在百纳米级的光学薄层内的荧光团受到 激发，荧光成像的信噪比很高。这种方法的成像装置简单，极易和其它成 像技术、探测技术相结合。目前已成功的实现100nm甚至更低的空间分辨 率。目前，基于全内反射原理进行倏逝场照明的荧光显微成像的实现方式 大致有两种棱镜式照明器和物镜式照明器。激光透过棱镜或物镜后以一 定角度照射到盖玻片表面，形成全反射，倏逝波激发生物样品的荧光分子， 荧光分子所发射的光经过物镜成像到照相机或CCD上，实现对生物样品的 焚光记录。两种形式的显微镜各有优缺点，对于棱镜式而言，从激光器出 来的光以精确选定的入射角入射到棱镜上，在载玻片的表面发生全反射， 产生的倏逝场激发位于两玻片之间的样品发射出荧光，实现起来相对简单。 同时它的缺点也很明显l.棱镜尺寸较大，因此留给生物样品和物镜之间 的空间较小，所以在此仪器上安装一些诸如原子力显微镜、近场光学显微 镜等其他探测仪器非常困难，2.由于光路较为复杂，使得光路调节、样品 更换等环节操作难度很大。而对物镜式而言，则可以克服以上缺点，激光聚焦到物镜后焦面并经过物镜边缘入射，物镜出射光为平行光并斜入射至 盖玻片上，调节激光入射位置和斜入射的角度，即可达到全内反射要求， 从而实现倏逝场照明。倏逝场所激发的荧光仍旧经过物镜接收，通过双色镜滤掉除荧光以外的其他波长的光，成像在物镜后方的照相机或CCD上， 实现对生物样品的荧光纪录，目前大多数生物学家采用物镜式照明器的全 内反射荧光显微镜。物镜式照明器同样也有明显的缺点1.照明器与显微 镜观察系统共光路，增加了光路的复杂性，2.由于形式的限制，只能观察 细胞贴壁生长的下表面，而对于生物研究更有意义的细胞表面尤其是侧面 的观察则无能为力，3.大数值孔径显微镜物镜的引入极大地增加了系统成 本。
技术实现思路
本专利技术的目的针对与现有高分辨率荧光显微成像技术的不足，将光纤 技术与全内反射原理相结合，提出了一种适用于荧光显微成像的光纤倏逝 场照明器，将倏逝场照明器制作在直径为125微米的单根光纤上，使得倏 逝场照明器具有更简单的结构，更小的尺寸，光路更加灵活、稳定，能够 对生物样品的表面实现多方位照明，大大提高了倏逝场照明器的性能，并 能够方便地与显微镜技术结合构成新型的荧光显微成像系统。本专利技术的技术方案为一种光纤倏逝场照明器，其特征在于光纤一端的一部分研磨成斜面， 且斜面过光纤芯位置l-10微米，当光从光纤芯入射，在斜面处被反射至 光纤端面处，并在光纤端面发生全内反射。 所述的光纤可以是单模光纤或多模光纤。 所述的光纤纤芯可以是在光纤轴心，也可以偏离轴心。 所述的斜面是通过研磨加工形成的，斜面上可以镀全反射膜也可以不 镀膜。所述的光纤端面可以是垂直于轴心的平面，也可以是斜平面。 本专利技术具有如下特点1、将倏逝场照明器制作在直径为125微米的单 根光纤上，使得倏逝场照明器具有更简单的结构，更小的尺寸，无需外部 光学系统，光路更加稳定，操作更加灵活。2、光纤倏逝场照明器能够对生 物样品的表面实现多方位照明，大大提高了倏逝场照明器的性能。3、光纤 倏逝场照明器采用标准光纤制作，成本低廉，且与光源耦合方便。4、光纤 倏逝场照明器由于物理尺寸小，所以能够方便地与其他检测技术相结合构 成新型的荧光显微成像系统。附图说明图1为本专利技术轴心光纤的倏逝场照明器的结构示意图。图2为本专利技术斜面处镀全发射膜的结构示意图。 图3为本专利技术倏逝场的光强/随界面距离z图。图4为本专利技术的光全反射图。图5为本专利技术的偏心光纤的倏逝场照明器的结构示意图。 图6为利用本专利技术的光纤倏逝场照明器构成荧光显微系统示意图。具体实施例方式以下结合实施例和附图本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术 的保护范围。本专利技术可以通过如下的方式实现取一段光纤1，利用光纤切割技术将光纤端面切割加工成垂直于光纤 轴线的平面。利用光纤端研磨加工技术将光纤芯2所在位置研磨成斜面3。 如果光纤1本身折射率较大，斜面3角度能够使得光纤芯2中的光在此处 发生全反射，并保证照射在光纤端面上也能发生全发射，则此处斜面3无 须镀膜。如图1所示。否则为保证光纤芯中的光在此处发生全反射，需要 利用镀膜技术将斜面镀膜4。如图2所示。光纤端面处全内反射产生的倏逝场能够照射生物样品，使在百纳米级 厚的光学薄层内的荧光团受到激发，而范围外的荧光团不受影响。本专利技术基于如下原理全内反射是一种普遍存在的光学现象。考虑一束平面光从光纤芯斜面 3处被反射到光纤端面处。入射光在光纤表面上一部分发生反射，另一部 分则透射出光纤l。入射角和透射角之间满足关系式A sin《=w2 sin02这里"!是光纤的折射率，"2是光纤外介质的折射率，《为入射角度，^为透射角。当入射角增大，增大到临界角《时，这时的透射角为卯。；当入射 角继续增大到大于临界角时，光不再透射，也就是发生了全反射，如图3 所示。由snell定律可知6>2 = 90。由上式可知，当"—"2，全反射就可能发生。当光发生全反射时，由 于波动效应，有一部分光的能量会穿过界面渗透到光纤外介质中，平行于 界面传播。这部分光场就是所谓的倏逝场。现在考虑一束单色光，横截面 光束强度是7。，以大于临界角的角度P入射。倏逝场的光强/随界面距离z的关系为<formula>formula see original document page 6</formula>式中义是入射波波长，^为透射深度。^一般小于200nm，对于可见光 约为100nm。如果将光纤1直接研磨成锥角"小于90°—《的斜面3,在光纤芯2处即 可发生全发射，但是这种做法存在一些弊端，如l.斜面角度过小，锥体 区域过长，光纤1只能以极小角度接近样品，不利于实验操作；2.光纤芯 2处模场直径通常在10微米以下，照明区域过小；3.全发射后的光在光纤 侧面再次反射后会有部分功率从光纤头出射，这些杂散光使得背景光增强， 极大地降低了对比度。合理设计光纤1端结构，使得全反射发生在光纤端面则能有效克服以 上弊端。这是因为l.利用光纤端面作为照明区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤倏逝场照明器，其特征在于：光纤一端的一部分研磨成斜面，且斜面过光纤芯位置１－１０微米，当光从光纤芯入射，在斜面处被反射至光纤端面处，并在光纤端面发生全内反射。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾绍群，刘志海，周炜，骆清铬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]